Оглавление
Введение. 5
1.Исходные данные к расчету проектируемого узла 10
2.Обзор и анализ конструкций сцеплений современных легковых автомобилей. 11
2.1 Общие данные 11
2.2 Сцепление автомобиля УАЗ – 3160 16
2.3 Сдвоенное сцепление от 7-ступечатой коробки передач (DSG) фирмы Volkswagen 18
2.4 Self Adjusting Clutch (саморегулирующееся сцепление) фирмы Luk 20
2.5 Диафрагменное сцепление с гидравлическим приводом фирмы Skoda 24
2.6 Порошковое сцепление фирмы Combinorm 26
3. Выбор и расчет основных размеров и параметров узла 28
3.1 Расчет показателей работоспособности узла. 30
3.2 Расчет удельной нагрузки на фрикционные накладки сцепления 30
3.3 Расчет сцепления на удельную работу буксования и нагрев. 31
3.4 Повышение средней температуры нажимного диска при трогании автомобиля с места. 35
3.5. Расчет деталей сцепления на прочность 36
4.Регулировка и техническое обслуживание узла 37
4.1 Нормативные рекомендации по техническому обслуживанию 37
4.2 Регулировка привода выключения сцепления 38
Заключение 40
Литература 41

Введение.
Сцепление – это механизм трансмиссии, передающий крутящий момент двигателя и позволяющий кратковременно отсоединять двигатель от трансмиссии и вновь плавно их соединять.
Конструкция сцепления должна обеспечивать ряд требований:
- надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии;
- обеспечение плавного включения;
- полное выключение, т.е. полное отсоединение ведомых деталей от ведущих;
- надежная работа при нагреве, особенно интенсивном в процессе переключения передач в тяжелых условиях эксплуатации, высокая износостойкость пар трения;
- обеспечение возможности снижения динамических нагрузок в трансмиссии, особенно при резком включении сцепления, минимальные массы и момент инерции ведомых элементов сцепления;
- возможность применения приводов, снижающих усилия водителя при включении и выключении сцепления;
- гашение высокочастотных колебаний, вызываемых работой двигателя.
По характеру работы различают постоянно замкнутые или постоянно разомкнутые сцепления. Большинство сцеплений постоянно замкнутые, т.е. постоянно включенные.
 
По характеру связи между ведущими и ведомыми элементами различают:
фрикционные сцепления, передающие крутящий момент во включенном состоянии за счет сил трения; гидравлические (гидромуфты), в которых используется кинетическая энергия жидкости (рисунок 1.1, а);
электромагнитные, работающие на основе магнитного взаимодействия ведущих и ведомых элементов (рисунок 1.2, б), в том числе порошковые, в которых используется сила трения, возникающая при движении порошка железа (ферронаполнителя) в магнитном поле.
По числу ведомых дисков фрикционные сцепления могут быть
однодисковыми;
двухдисковыми (рисунок 1.2);
многодисковыми (с числом ведомых дисков три и более).
Многодисковые сцепления применяются редко в случае необходимости передачи очень большого крутящего момента на большегрузных автомобилях.
 
По состоянию поверхностей трения различают:
сухое сцепление, у которого для создания сил трения используется сухое трение между ведущими и ведомыми дисками;
мокрое сцепление, когда для создания сил трения используются ведущие и ведомые диски, работающие в жидкости.

На автомобилях различных марок чаще всего используется сухие одно- и двухдисковые сцепления. В планетарных коробках передач в качестве блокировочных фрикционов или тормозных фрикционов используют многодисковые мокрые сцепления.
 
По способу создания нажимного усилия различают:
центробежные сцепления, в которых прижатие ведущих и ведомых дисков осуществляется за счет центробежных сил (рисунок 1.3, а);
сцепления с центральной пружиной, в которых прижатие ведущих и ведомых дисков осуществляется одной или несколькими винтовыми пружинами, расположенными концентрично относительно оси вращения сцепления (рисунок 1.3, б);
сцепления с мембранной пружиной, в которых прижатие ведомых и ведущих дисков осуществляется посредством тарельчатой пружины специальной формы (рисунок 1.3, в);
сцепления с периферийными пружинами, в которых прижатие ведомых и ведущих дисков осуществляется посредством цилиндрических пружин, расположенных по периферии (см. рисунок 1.2).

 
Центробежные сцепления устанавливались ранее на некоторых зарубежных грузовых автомобилях и ряде отечественных автомобилей. Сцепление с центральной цилиндрической пружиной использовалось в автомобилях марки «Татра». Сцепление с центральной конической пружиной используется на грузовых автомобилях. Сцепление с мембранной пружиной применяется на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой грузоподъемности.
По типу привода различают: сцепления с механическим и гидравлическим приводами. Механический привод содержит только механические элементы. В гидравлическом приводе усилие передается с помощью гидросистемы.
По наличию и типу усилителя привода различают:
сцепления с пружинным усилителем (сервопружиной);
с пневматическим усилителем, работающим с использованием энергии сжатого воздуха;
с вакуумным усилителем, работающим с использованием энергии разрежения, возникающего во впускном трубопроводе двигателя;
с гидравлическим усилителем, работающим с использованием энергии жидкости, находящейся под давлением.

 
1.Исходные данные к расчету проектируемого узла

Сцепление проектируется для автомобиля, техническая характеристика которого представлена в таблице 1. В качестве прототипа использовался автомобиль УАЗ - 3160.
Таблица 1.
№ Наименование параметра
Обозначение Значение Размерность
1 Тип автомобиля - легковой -
2 Колесная формула - 4х4 -
3 Полная масса ma 2870 кг
4 Масса приходящаяся на переднюю и заднюю ось mпер
m зад 1200
1670 кг
кг
5 Тип двигателя - бензиновый -
6 Максимальная мощность Ре max 94,1 кВт
7 Максимальный крутящий момент двигателя
Ме max
217,6
Hм
8 Обороты при
- максимальной мощности
- максим. крутящ. моменте
np
nМ
4400
2000 - 2500
об/мин
об/мин
9 Передаточные числа коробки передач U1
U2 4,12
2,60 -
-
10 Передаточное число главной передачи
Uo
5,38
-
11 Радиус колеса Ro 0,415(225/75R16) м

 
2. Обзор и анализ конструкций сцеплений современных легковых автомобилей.
2.1 Общие данные

На первых тяговых и транспортных машинах применялись фрикционные сцепления с барабанной и конусной формой трущихся поверхностей, но с началом массового производства они были вытеснены дис¬ковыми фрикционными сцеплениями, у которых в настоящее время и в обозримом буду¬щем нет конкурентов. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только фрикционные сцепления с этой формой пар трения. Среди них наибольшее распро¬странение имеют однодисковые фрикционные сцепления.
В нажимных устройствах фрикционные сцепления для создания силы Рнж, могут использоваться различные способы. Однако механический способ остается наиболее распространенным бла-годаря простоте и надежности.
В зависимости от конструкции механических нажимных уст¬ройств, обусловливающей состояние фрикционных сцеплений в большую часть време¬ни, они подразделяются на постоянно и непостоянно замкнутые. Непостоянно замкнутые фрикционные сцепления, обычно рычажного типа, применяются на тракторах, экскаваторах и строительно-дорожных маши¬нах. Механизмы включения этих сцеплений бывают жесткими и с ком¬пенсационными пружинами, которые позволяют практически избежать снижения силы Рн при изнашивании накладок. Поэтому в дальнейшем нами рассматриваются только постоянно замкнутые фрикционные сцепления, как наиболее распространенные.
При использовании в нажимном устройстве пружин и грузов первоначальное усилие Рн создается обычными пружинами, а до¬полнительное— центробежной силой грузов, установленных на рычагах выключения. Такая схема нажимного устройства имеет существенные недостатки: большое усилие, требуемое для вы¬ключения фрикционного сцепления при высоких частотах вращения коленчатого вала двигателя; появление большого момента трения при высоких скоростях и, как следствие, потеря способности снижать динамические нагрузки в трансмиссии. Вследствие этого приме¬нение подобных фрикционных сцеплений весьма ограничено.
Наибольшее распространение в нажимных устройствах фрикционных сцеплений получили чисто пружинные механизмы, как с периферийным, так и с центральным расположением пружин.
Основные элементы фрикционного сцепления показаны на рис. 2.1. Оно включает следующие узлы: 1 -вилка подшипника выключения сцепления; 2 -муфта подшипника выключения сцепления; 3 -подшипник вы¬ключения сцепления; 4 -кожух нажимного диска; 5 -на¬жимной диск; 6 -нижняя часть картера сцепления; 7 -маховик коленчатого вала; 8 -ведомый диск; 9 -нажимная пружина; 10 -передний подшипник первичного вала коробки передач; 11 -коленчатый вал; 12 -первичный вал коробки передач; 13 -гаситель крутильных колебаний; 14 -картер сцепления. При необхо¬димости в привод встраивается усили¬тель, помогающий водителю управ¬лять сцеплением. Сжатие трущихся поверхностей осуществляется нажимными пружина¬ми. Зазор  в приводе (на рис. 2.1.1 между подшипником 3 и нажимной пружиной 9) необходим для полного включения сцепления и должен поддерживаться в определенных пределах. Если кон¬струкция привода не обеспечивает га-рантированного зазора, вследствие из¬нашивания трущихся поверхностей он уменьшается, а восстанавливается со¬ответствующей регулировкой. Выклю¬чение сцепления происходит следую-щим образом. При нажатии на педаль через систему рычагов и тяг переме¬щается выжимной подшипник 3 и выбирается зазор . Затем подшипник воздействует на дифрагменную пружину и нажимной диск отходит вправо. При этом между ве¬домым диском 8, маховиком 7 и на¬жимным диском 5 образуются зазоры, что приводит к выключению сцеп¬ления.

Рис.2.1.1 Схема сцепления
Сцепление должно обеспечивать: передачу максимального крутящего момента двигателя без пробуксовки при полностью включенном сцеплении; чистое выключение, необходимое для полного отключения двигателя от трансмиссии; плавность включения для уменьшения динамических нагрузок в трансмиссии и для плавного трогания автомобиля с места; минималь¬ный момент инерции ведомой части сцепления для уменьшения динамиче¬ских нагрузок в зубчатых зацеплениях коробки передач и скорости изнашива¬ния синхронизаторов при переключе¬нии передач; постоянство момента тре¬ния во включенном состоянии; эффективный отвод теплоты при буксовании; гашение высокочастотных колебаний, действующих на трансмиссию, в основ¬ном, со стороны двигателя; высокую долговечность и технологичность изго¬товления; малые габариты (длина).
Конструкции сцеплений отличают¬ся большим разнообразием (см.рис.2.1.2). По форме трущихся поверхностей они могут быть дисковыми, колодочными или конус¬ными; по способу создания нажимного усилия — механическими, гидравличе¬скими, пневматическими, электрически¬ми; по состоянию трущихся поверхно¬стей — сухими или смазываемыми; по характеру работы — постоянно за¬мкнутыми или разомкнутыми. На ав¬томобилях в подавляющем большинст¬ве случаев применяют сухие дисковые постоянно замкнутые сцепления с пру¬жинным нажимным устройством и га¬сителем в ведомом диске. Эти сцепле¬ния просты по конструкции и долго¬вечны.
В свою очередь сухие фрикционные сцепления подразделяются по ряду признаков: по способу действия — на неавтоматические и автоматические. В настоящее время обычно применяют неавтоматические сцепления. Автома¬тические сцепления установлены на некоторых моделях легковых зарубеж¬ных и отечественных автомобилей. Ав¬томатическим может быть само сцеп¬ление (центробежное) по принципу его работы или система управления, обеспечивающая работу неавтомати¬ческого сцепления (обычно фрикцион¬ного или электромагнитного) по задан¬ному алгоритму без вмешательства во¬дителя.
По числу ведомых дисков — на од¬но- и двухдисковые. Однодисковые сцепления используют на легковых и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. Двухдисковые сцепления устанавливают на автомо¬билях большой грузоподъемности.
По расположению нажимных пру¬жин — на периферийные и централь¬ные. По периферии устанавливают ряд цилиндрических пружин, а централь¬но — одну коническую, цилиндричес¬кую или тарельчатую. Последние по¬лучили распространение в сцеплениях легковых автомобилей, остальные ти¬пы применяют в сцеплениях грузовых автомобилей и автобусов.
По типу привода — на сцепления с механическим и гидравлическим при¬водом без усилителя и с усилителем. Усилители выполняют механически¬ми, гидравлическими, пневматически¬ми или вакуумными.

Рис.2.1.2 Классификация фрикционных сцеплений

2.2 Сцепление автомобиля УАЗ – 3160
Сцепление автомобиля УАЗ – 3160 состоит из следующих элементов:

Рис.2.2.1 Сцепление УАЗ-3160
1 - Пластина демпфера; 2 - Палец упорный ведомого диска сцепления; 3 - Шайба регулировочная демпфера диска сцеплении; 4 - Шайба фрикционная демпфера диска сцепления; 5 - Накладка фрикционная диска сцепления; 6 - Накладка фрикционная диска сцепления; 7,8 - Болт М8х30; 9 - Шайба 8Т пружинная; 10 - Диск сцепления ведомый в сборе; 11 - Пружина демпфера диска сцепления; 12 - Ступица ведомою диска; 13 - Заклепка 4x6 специальная; 14 - Диск сцепления ведомый; 15 - Пластина пружинная; 16 - Заклепка 4x5 специальная, пустотелая; 17 - Грузик балансировочный; 18,19 - Грузик балансировочный; 20,21 - Грузик балансировочный; 22 - Заклепка 4x7 специальная, пустотелая; 23 - Диск сцепления нажимной с кожухом в сборе.
 

Рис.2.2.2 Сцепление УАЗ-3160
24 - Шайба 10,5; 25 - Болт Ml0x85; 26 - Болт М 10x110; 27 - Шпилька Ml2x32; 28 - Болт Ml Ох1x32; 29 - Гайка М10; 30 -Штифт 13x18; 31 - Болт М 10x55; 32 - Болт Ml0x30; 33 - Болт Ml Ох 100; 34 -Усилитель картера сцепления; 35 - Диск сцепления нажимной; 36 - Диск сцепления ведомый 37 - Диск сцепления ведомый; 38 - Болт М8х30; 39 - опора вилки подшипника; 40 - шайба 10пружинная; 41 - шайба 10ОТ пружинная.
 
2.3 Сдвоенное сцепление от 7-ступечатой коробки передач (DSG) фирмы Volkswagen

Она предназначена для двигателей с крутящим моментом до 250 Нм, установленных в автомобилях Polo, Golf, Passat и Touran.
Преимущества данной конструкции:
Снижение расхода топлива по отношению не только автоматических передач, но и механических с одним сцеплением;
Снижение выбросов ОГ;
Переключение передач без разрыва потока мощности;
В сдвоенном сцеплении работают два независимых друг от друга сухих сцепления. Каждое из них передаёт кру¬тящий момент на соответствующий делительный механизм. Существует два возможных положения сцеплений:
• При неработающем двигателе и в режиме холостого хода оба сцепления разомкнуты.
• В режиме движения замкнуты диски только одного из сцеплений.

Сцепление 1:
Для приведения сцепления в действие рычаг выключения сцепления А прижимает выжимной подшипник к диафрагменной пружине. Благодаря наличию нескольких точек опоры усилие прижима преобразуется в силовое перемещение.
За счёт этого нажимной диск прижимается к диску сцепления и к ведущему диску. Таким образом осуществляется передача крутящего момента на первичный вал 1.

Сцепление 2:
При приведении в действие рычага выключения сцепления Б выжимной подшипник перемещается, преодолевая усилие диафрагменной пружины.
Поскольку диафрагменная пружина опирается на корпус сцепления, нажимной диск прижимается к ведущему диску и обеспечивает передачу крутящего момента на первичный вал 2.

1 - Нажимной диск; 2 - Ведущий диск; 3 - Диафрагменная пружина; 4 - Выжимной подшипник; 5 - Рычаг выключения сцепления; 6 - Ведомый диск сцепления; 7 - Точка опоры.
 
2.4 Self Adjusting Clutch (саморегулирующееся сцеп¬ление) фирмы Luk

Преимущества данной конструкции:
•более низкие усилия выжима, неизменные в течение всего срока службы
• высокая комфортабель¬ность в течение всего срока службы
• большая долго¬вечность
• излишний ход выжимного подшипника ограни¬чивается упором диафрагменной пружины
• нет необходимости в сервосистемах (грузовые автомобили)
• более простые системы выжима
• малый ход педали сцепления
• постоянное усилие на педаль, не¬зависимо от мощности двигателя
• возможность уменьшение диаметра сцепления

Принцип функционирования
В сцеплении, оборудованном системой компен¬сации износа, распознается увеличение усилия выключения, обусловленное износом, и произ¬водится целенаправленная компенсация умень-шения толщины накладок. На рис. 2.4.1 схематично изображен принцип функционирования. Сущест¬венным отличием от обычного сцепления явля¬ется установка основной диафрагменной пружи¬ны не жестко на кожухе (на заклепках), а через так называемую сенсорную дисковую пружину. Эта сенсорная пружина имеет достаточно широ¬кий диапазон с почти константным усилием, в отличие от весьма дегрессивной основной диа¬фрагменной пружины.
Горизонтальный диапазон сенсорной пружины ус¬танавливается немного выше необходимого уси-лия выключения. Пока усилие выключения мень¬ше, чем удерживающее усилие сенсорной пружи-ны, вращающаяся опора основной диафрагмен¬ной пружины при выключении остается в прежней позиции. Если в результате износа накладок уси¬лие выключения увеличивается, сила реакции сенсорной пружины превышается и поворотная опора смещается в сторону маховика, а именно настолько, чтобы усилие выключения уменьши¬лось до усилия сенсорной пружины. Между пово-ротной опорой и кожухом после смещения сен¬сорной пружины возникает зазор, который может компенсироваться, например, клином.

Рис.2.4.1 Принцип функционирования саморегулирующегося сцепления SAC

Силовой сенсор, оборудованный клиновой сис¬темой компенсации толщины, может быть вы-полнен достаточно элегантно и просто. На рис. 2 показана такая конструкция. По сравнению с традиционным сцеплением в нее добавлены лишь сенсорная пружина (5) и ступенча¬тое кольцо (2, 3). Сенсорная пружина своей внешней частью устанавливается в кожухе и вместе с язычками образует опору для основной диафрагменной пружины.

Клинья, являющиеся собственно регулировочными элементами, в связи с наличием центробежных сил, имеют не радиальную конструкцию, как в вышеописанном примере, а расположены по окружности. 12 сту¬пеней пластикового кольца соответствуют ответ¬ным ступеням в кожухе сцепления. Пластиковое кольцо (ступенчатое кольцо) подпружинивается тремя маленькими нажимными пружинами по окружности, чтобы при смещении сенсорной дисковой пружины клинья могли заполнять появ¬ляющийся зазор между опорой диафрагменной пружины и кожухом.

На рисунке показана диаграмма усилия выклю¬чения обычного сцепления с новыми и изношен-ными фрикционными накладками. Кроме этого усилие выключения саморегулирующегося сцеп-ления (SAC) намного ниже. Его характеристика практически не изменяется в течение всего сро¬ка службы.
Еще одним преимуществом является больший резерв износа, который зависит не от длины ха-рактеристики диафрагменной пружины, как это имеет место в традиционных сцеплениях, а от высоты ступеней и может быть увеличен прибли¬зительно на 4 мм в небольших и примерно до 10 мм в очень больших сцеплениях. Тем самым сделан решающий шаг в направлении увеличе¬ния срока службы сцепления.
 

2.5 Диафрагменное сцепление с гидравлическим приводом фирмы Skoda

При такой конструкции из привода ис¬ключается рычаг выключения сцепления и отдельный подшипник выключения сцеп¬ления с опорной втулкой.
В гидроприводе сцепления используется тормозная жидкость, гидропривод соеди¬нен с бачком тормозной жидкости.
Рабочий цилиндр и направляющая втулка прочно соединены друг с другом. Поршень подшипника выключения сцепления дви¬жется в рабочем цилиндре и направля¬ющей втулке в осевом направлении. Два сальника, расположенные один за другим на поршне, герметизируют рабочий ци¬линдр, отделяя его полость от подшипника выключения сцепления и направляющей втулки.
Шарики, находящиеся в сепараторе и поддерживающие наружную обойму, дви¬жутся по внутренней обойме подшипника выключения сцепления, прочно соединен¬ной с поршнем.
Под действием пружины наружная обойма постоянно прижимается к диафрагменной пружине сцепления и вращается вместе с ней. Втулка, прочно соединенная с внут¬ренней обоймой, защищает подшипник выключения сцепления.
Тормозная жидкость подается в рабочий цилиндр через специальный канал. При на¬жатии педали сцепления главный цилиндр оказывает на педаль сцепления давление. Поступающая под давлением тормозная жидкость перемещает по оси подшипник выключения сцепления по направлению от рабочего цилиндра к сцеплению, и, таким образом, сцепление включается.

Рис. 2.5 Сцепление с гидравлическим приводом
1 - Нажимной диск; 2 – Маховик; 3 - Фрикционные накладки ведомого диска сцепления; 4 - Диафрагменная пружина; 5 - Тормозная жидкость; 6 -Направляющая втулка; 7 - Картер сцепления; 8 - Рабочий цилиндр; 9 – Сальник; 10 – Пружина; 11 – Поршень; 12 - Внутренняя обойма подшипника выключения сцепления; 13 - Наружная обойма подшипника выключения; 14 – Втулка.
 

2.6 Порошковое сцепление фирмы Combinorm

На автомобилях малого класса отдельных производителей автомобилей может применяться порошковое сцепление (рис. 2.6.1).

Рис. 2.6.1 Электромагнитное порошковое сцепление:
А, Б, В – зазоры; 1 – маховик; 2 – неподвижный корпус; 3 – обмотка возбуждения; 4 – ведомый диск

Ведущим элементом сцепления является маховик 1 с закрепленными на нем магнитопроводами с обмотками возбуждения 3. Ведомый диск 4 закреплен на ведущем валу коробки передачи. Меж¬ду магнитопроводами и ведомым диском имеется воздушный зазор А, в который вво¬дится специальный фрикционный поро¬шок, обладающий высокими магнитными свойствами. При отсутствии тока в обмот¬ках возбуждения между ведущими и ведо¬мыми элементами сцепления силовой связи нет – сцепление выключено. Если к обмоткам возбуждения подводится электрический ток, то за счет образова¬ния магнитного поля, частицы порошка выстраиваются по силовым линиям маг¬нитного поля, и создается силовое взаи¬модействие между ведущими и ведомыми элементами сцепления. Силовая связь зависит от силы тока, поступающего в об¬мотку возбуждения.

Рис. 2.6.2 Cцепление фирмы Combinorm
Основное достоинст¬во такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно пере¬нести с педали сцепления на ручной, кно¬почный вариант управления, что актуально для водителей с ограниченными физическими возможностями.
 

3. Выбор и расчет основных размеров и параметров узла

Основными параметрами являются: наружный D и внутренний d диаметры фрикционных накладок ведомых дисков.
Коэффициент запаса сцепления β – это отношение статического момента трения сцепления к моменту двигателя: β=M_c/M_emax
Значение β выбирают с учетом неизбежного износа фрикционных накладок и уменьшения силы трения и коэффициента трения, усадки пружин и т. д. Суммарное уменьшение b составляет около 23 … 30%. Для легковых автомобилей β равно 1,2 … 1,75.
Основные размеры и параметры сцепления: наружный D и внутренний d диаметры фрикционных накладок ве¬домых дисков; число ведомых дисков zд; коэффициент запаса сцепления β; нажимное усилие пружин F_н расчет¬ный коэффициент трения μ; число zп и жесткость сп нажимных пружин; удель¬ная нагрузка q на фрикционные на¬кладки.
При проектировании сцепления в первую очередь выбирают по ГОСТ 12238—76 число ведомых дисков и размеры фрикционных накладок (на¬ружный, внутренний диаметры и толщину) в зависимости от макси¬мального момента двигателя M_emax.
В соответствии с рекомендациями выбираем коэффициент запаса сцепления β = 1,5.
μ – коэффициент трения , μ = 0,25.
z – число поверхностей трения z = 2 , т.к. сцепление однодисковое;
Отношение наружного и внутреннего диаметров фрикционных накладок . Принимаем .
Находим момент сцепления:
(1)

Определяем внешний радиус накладки сцепления:

По ГОСТ 12238-76 выбираем накладки:
Наружный диаметр: D = 300 мм;
Внутренний диаметр: определяется по формуле , тогда d=0,58∙300=174 мм;
Принимаем внутренний диаметр d = 165 мм и толщину накладок δ = 4 мм.

 
3.1 Расчет показателей работоспособности узла.
Расчет показателей нагруженности сцепления включает следующие основные расчеты:
1) Расчет удельной нагрузки на фрикционные накладки сцепления;
2) Расчет удельной работы буксования;
3) Расчет повышения температуры при трогании автомобиля с места;
4) Расчет деталей сцепления на прочность.

3.2 Расчет удельной нагрузки на фрикционные накладки сцепления
Коэффициент трения накладок зави¬сит от ряда факторов: материала фрикционных накладок, состояния их по-верхностей, относительной скорости скольжения, удельной нагрузки, темпе¬ратуры. Его определяют по вырезан¬ным из накладок образцам размером 22x27 мм на лабораторной машине трения при строгом соблюдении условий: материал контртела — СЧ 15, средний радиус трения — 100 мм, ок-ружная скорость образцов по средней линии — 7,0...7,5 м/с, температура — (110±10)°С, удельная нагрузка — (0,27±0,02) МПа. Определенный при этих условиях коэффициент трения со¬ставляет в среднем 0,30...0,50 в реаль¬ных условиях эксплуатации сцеплений он несколько ниже. Для расчетов при¬нимают μ=0,25
Определяем нажимное усилие:
(2)
где средний радиус трения (3)
Проводим проверку по удельному давлению на фрикционную накладку :
МПа (4)
По рекомендациям значение q не должно превышать 0,3 МПа, и для легковых автомобилей находится в интервале 0,18...0,23 МПа.
Проводим проверку фрикционной накладки на износостойкость:
(5)
Окончательно принимаем: - наружный диаметр ,
- внутренний диаметр d = 165 мм,
-толщина накладок δ=4 мм.
Ход нажимного диска должен обес¬печивать полное выключение сцепле¬ния. Зазор между поверхностями тре¬ния принимают для однодисковых сцеп¬лений 0,75...1 мм. Таким образом, ход нажимного диска у однодисковых сцеп¬лений составляет 1,5...2 мм.

3.3 Расчет сцепления на удельную работу буксования и нагрев.

Удельная работа буксования:
(6)
где - работа буксования;
; (7)
где I_a  момент инерции автомобиля, приведённый к ведущему валу коробки передач;
ω_0  угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя;
M_emax  максимальный крутящий момент двигателя;
 момент сопротивления движению при трогании, приведённый к ведущему валу коробки передач;

- площадь поверхности трения;
(8)
где Ан – площадь накладки ;
z – число поверхностей трения (z = 2);
Момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к первичному валу коробки передач определяется по формуле:
(9)
Приведенный момент инерции автомобиля
(10)
где δ – коэффициент учета вращающихся масс автомобиля
δ = 1,03...1,05;
Принимаем δ = 1,05;
Частота вращения маховика двигателя во время включения сцепления остается постоянной и для бензиновых двигателей равна:
(11)
где φ_м  скорость вращения коленчатого вала, соответствующая максимальному моменту двигателя, определяется по формуле

Проверку на удельную работу буксования и нагрев проводим для трех режимов:
Трогание на первой передаче при ψ = 0,02
Трогание на первой передаче при ψ = 0,16
Трогание на второй передаче при ψ = 0,02
где ψ  коэффициент сопротивления дороги;
U_тр  передаточное число трансмиссии;
η_тр  коэффициент полезного действия трансмиссии;
Передаточное число трансмиссии определяется по формуле

U_тр=U_кп∙U_гл, (12)
где U_гл  передаточное число главной передачи;
U_кп1  передаточное число коробки передач на первой передаче;
U_гл=5,38 (по технической характеристике автомобиля).
U_кп1=4,12 (по технической характеристике автомобиля).
U_кп2=2,6 (по технической характеристике автомобиля).

Для трех случаев рассчитываем момент сопротивления по формуле (9):



Приведенный момент инерции автомобиля рассчитываем по формуле (10)
При трогании на первой передачи:

При трогании на второй передачи:

Работа буксования определяется по формуле (7)
Тогда момент сопротивления движению при трогании с первой передачи, приведённый к ведущему валу коробки передач при ψ=0,02 будет равен:

Момент сопротивления движению при трогании с первой передачи, приведённый к ведущему валу коробки передач при ψ=0,16 будет равен:

Момент сопротивления движению при трогании со второй передачи, приведённый к ведущему валу коробки передач при ψ=0,02 будет равен:

Площадь поверхности трения определяется по формуле (8)

Удельная работа буксования определяется по формуле (6)



По рекомендации удельная работа буксования должна быть менее . Это условие соблюдается.

 
3.4 Повышение средней температуры нажимного диска при трогании автомобиля с места.

(13)
где γ – доля теплоты, воспринимаемой нажимным диском, для однодискового сцепления γ=0,5; С – удельная теплоемкость чугуна
(С = 481,5 Дж/(кг•°C).
Массу диска определяем из чертежа:
(14)
где

Повышение средней температуры диска при трогании автомобиля определяется по формуле (13) :
При трогании с первой передачи, ψ=0,02 :

При трогании с первой передачи, ψ=0,16:

При трогании со второй передачи, ψ=0,02:

По рекомендации не должно превышать 150С. Это условие выполняется при трогании с первой передачи, когда ψ=0,02 и , ψ=0,16. При трогании со второй передачи, когда , ψ=0,02 условие не выполняется, возможен в последующем перегрев.
3.5. Расчет деталей сцепления на прочность

В данном сцеплении ступица ведомого диска крепится на валу при помощи шлицевого прямобочного соединения. Прямобочные соединения рассчитываются по ГОСТ 21425-75. Расчет представляет собой проверку условия работоспособности при расчете на смятие σ <[σсм].
Номинальные давления σ определяются по окружной силе Ft., приходящейся на один зуб.
F_t=T/(0.5∙d_ср∙z), (15)
где d_ср- средний диаметр шлиц, мм;
z- число шлиц, принимаем z=8.
F_t=(217,6)/(0.5∙37∙〖10〗^(-3)∙8)=1470 Н.

При площади рабочей поверхности одного зуба hl получим
σ= F_t/(h∙l), (16)

σ= 1470/(7∙34∙〖10〗^(-6) )=6,17 МПа

Допускаемое напряжение из расчета на смятие [σ_см]=7 МПа.

σ ≤[σсм] –условие выполняется для данного шлицевого соединения

 
Регулировка и техническое обслуживание узла
4.1 Нормативные рекомендации по техническому обслуживанию
Для предупреждения неисправностей и повышения срока службы автомобиля он подвергается планово-предупредительному техническому обслуживанию, которое включает в себя смазку, проверку и регулировку узлов автомобиля через определенный пробег.
Периодичность технического обслуживания и наименование работ применительно для сцепления приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Стандартные операции технического обслуживания
№ п/п Наименование работ Периодичность, тыс. км
каждые 10 каждые 20
1 Проверить герметичностьгидравлического привода сцепления, состояние шлангов, трубок и соединений +
2 Проверить уровень тормозной жидкости +
3 Проверить наличие посторонних стуков и шумов сцепления +
4 Проверить свободный ход педали сцепления +
5 Подтянуть крепление сцеплени, его узлов и деталей +

При контроле и затяжке креплений использовать рекомендации таблице 2.

Таблица 2 – моменты затяжки резьбовых соединений
Деталь Резьба Момент затяжки, Н•м (кгс•м)
минимальный максимальный
Болт крепления сцепления М 8 19,1 (1,95) 30,9 (3,15)
Гайка болта педали сцепления М 12×1,25 12,7 (1,3) 20,6 (2,1)
Гайка крепления главного цилиндра
сцепления М 8 9,8 (1,0) 15,7 (1,6)

Гидропривод выключения сцепления заполняют тормозной жидкостью в количестве 0,18 литров. Контроль уровня тормозной жидкости в бачке приводапроводят по нижней кромке наливной горловины.
4.2 Регулировка привода выключения сцепления
В приводе выключения сцепления выполняются следующие регулировки:
устанавливается зазор 0,1-0,5 мм между толкателем и поршнем главного цилиндра (см. рис. 4.2). Этот зазор, необходимый для полного выключения сцепления, регулируется ограничителем 14 педали сцепления. Зазор определяется свободным ходом педали, равным 0,4-2,0 мм;

свободный ход толкателя вилки выключения сцепления, равный 4-5 мм, регулируется гайкой 5 (рис. 4.2), которая фиксируется контргайкой 6. Величина свободного хода толкателя контролируется специальным шаблоном.
После выполнения указанных регулировок свободный ход педали сцепления до начала выключения сцепления должен составлять 25-35 мм.

Заключение

Целью данной курсовой работы было изучение и расчеты сцепления с диафрагменной пружиной для легкового автомобиля массой 2870 кг с исходными данными в задании курсовой работы и в технической характеристике автомобиля УАЗ-3160. В ходе работы я сделал обзор и анализ схем и конструкций сцеплений легковых автомобилей, провел обоснование принятой конструкции узла, описание проектируемого сцепления. Также выбрал основные параметры и провел расчеты сцепления на буксование и нагрев. (см. таблицу 3)
Таблица 3 -Показатели нагруженности сцепления

Удельная работа буксования трогание на 1 передаче (ψ=0,02) ω1

трогание на 1 передаче (ψ=0,16) ω2

трогание на 2 передаче (ψ=0,02) ω3

Повышении температуры нажимного диска за одно включение трогание на 1 передаче (ψ=0,02) ∆t1 7,58 0C
трогание на 1 передаче (ψ=0,16) ∆t2 11,78 0C
трогание на 2 передаче (ψ=0,02) ∆t3 19,71 0C

В результате расчетов получили значения, которые соответствуют заданным стандартами и находятся в рекомендуемых пределах.
 
Литература

1. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчёт. Трансмиссия / А.И.Гришкевич, В.А.Вавуло, А.В.Карпов и др.; Под ред. А.И.Гришкевича.  Мн.: Выш. Шк., 1985.  240 с., ил.
2. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчёта: Учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».  М.: Машиностроение, 1989.  304 с.: ил.
3. Автомобили: Теория: Учебник для вузов. Мн.: Выш. шк., 1986.208 с.: ил.
4. Вводный курс: Техника сцепления автомобиля фирмы Luk. –Москва, 2004.-38с: ил.
5. Автомобильный справочник Bosch: Пер. с англ. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. — 992 с: ил.
6. Программа самообучения Volkswagen 390 “7-ступечатой коробки передач со сдвоенным сцеплениеи ”: учебное пособие. – Москва: Volkswagen.ru, 2008. - 83c.
7. “Техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей”: учеб. пособие / Е. Л. Савич, М. М. Болбас, В.К. Ярошевич – Мн.: ”Вышэйшая школа”, 2001. – 479с.: ил.